气体管壳式换热器传热强化技术研究(二)——关于壳程管间支撑物类型的讨论

本文比较了普通弓形隔板、折流杆和空心环三种管壳式换热器的管间支撑物在与光滑管束以及与强化传热管束相配合时所表现出来的传热和流体阻力特性,论证了在这几种管间支撑物中,空心环是与强化传热管束相配合的最佳管间支撑物。在硫酸厂转化工序采用这种换热器结构,有利于调整壳程—管程的压降,实现设计优化。     

管间螺旋弹簧强化传热的实验研究

通过对壳程流体纵向刷型客壳式换热器的传热与流体阻力实验，分析了管间螺旋对传热性能的影响。     

纵流壳程换热器传热性能研究进展

基于折流杆、整圆形孔板、管束自支撑及空心环支撑等纵流换热器壳程的结构特点,从实验和数值模拟两方面阐述了这些换热器壳程流体流动和传热的研究现状,归纳总结了其传热和阻力性能的计算关联式,对比分析了其适用工况,为纵流换热器的进一步发展和应用提供指导。     

纵流式管束支撑物的结构及性能对比

纵流式管束支撑物使管壳式换热器壳程流体呈纵向流动，因而该类换热器具有传热效率高、压降小，有效消除了流体诱导振动等特点。本文阐述了纵流管束支撑物的结构变化对换热器综合性能的影响，为改进和优化管壳式换热器提供参考。     

粗糙管换热器带自旋流的复合强化传热技术

介绍了粗糙管换热器中沿传热管轴向间隔分置旋流片的两区协同强化传热方法。旋流片使流体产生螺旋流,螺旋流在离开旋流片之后依靠自身的运动惯性保持一定距离的自旋流,对管道近壁区与中心区产生互动的协同传热强化。此外,该方法也可用于管间,除了对管间管束的机械支撑外,旋流片也可使管间流体产生自旋运动,实现壳程流体的两区协同传热强化。对现有工业系统的换热器技术升级、实现节能降耗意义重大。     

急扩加速流缩放管气体换热器的结构及应用

根据传热场协同理论,研发出改进型缩放传热管——急扩加速流缩放管,对缩放管的凹凸肋面作了改进,使其能满足两场矢量夹角小于90°强化对流条件的传热管段比例由原先的60%提升到90%,从而有效地加强了近壁处传热滞流底层的对流传热作用。采用漩流片支撑取代空心环网板支撑,可使经过支撑物的流体形成自漩流的流动状态,从而可以发挥管间支撑物的对流强化传热作用。实际应用表明,与目前国内较先进的光滑管换热器相比,急扩加速流缩放管换热器换热面积减少约35%,设备总质量降低约45%。     

管壳式换热器壳程传热强化研究进展

对比分析了管壳式换热器壳程传热强化的主要方式和壳程管束支撑结构的研究进展。大多数管壳式换热器壳程强化结构兼具管束支撑的功能,主要以不同形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等代替传统的弓形折流档板,结构的优化提高了换热器壳程传热系数,且有效降低了壳程的流动阻力,缓减了换热器壳侧管束的振动和结垢,从而提高了换热器的传热性能。     

旋流片支撑缩放管管束传热与流动的数值模拟

通过数值模拟,以水为工质,研究了湍流时旋流片支撑缩放管管束管间的传热综合性能,并与无支撑光滑管管束、无支撑缩放管管束及旋流片支撑光滑管管束的传热性能进行了对比,分析了不同结构参数对其传热综合性能的影响;揭示了旋流片支撑缩放管管间流体速度场与温度场之间的协同性。结果表明:旋流片支撑急扩慢缩型缩放管管束相对急缩慢扩型具有更好的传热综合性能,且都比旋流片支撑光滑管管束的传热综合性能好,但二者都没有对应的无支撑缩放管管束综合性能好;具有小角度跟大扭率结构的旋流片更有利于旋流片支撑管束传热综合性能的提高;相对旋流片支撑光滑管管束与无支撑缩放管管束,旋流片支撑缩放管管束强化传热的原因在于传热场协同的增强作用更为明显。考虑管间支撑物支撑管束与抗振的必要性,旋流片支撑缩放管管束是一种高效的壳程强化传热措施,文中条件下通过优化,最大传热综合性能能达到1.057。     

管壳式换热器强化传热技术的研究与进展

综述了管壳式换热器壳程内管束支撑结构的发展概况,管束支撑由传统的弓形折流板到各种形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等,不但提高了换热器的整体传热性能,同时还大大降低了壳程流动阻力。     

三叶孔板换热器壳程流动及传热数值模拟

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。针对目前使用较多的壳程"单元流道"模型的局限性,建立了三叶孔板换热器壳程整体模型,包括进出口接管。采用商用软件FLUENT14.0及RNG k-ε湍流模型对壳程流体流动与传热进行了数值研究,分析了三叶孔板换热器壳程流动与传热特性。结果表明:流经第一块支撑板后,流体已充分发展,并且随着壳程结构周期性变化,传热与压降也呈现周期性变化。在支撑板附近,流体流速变大,形成射流,并且由于支撑板阻挡,在支撑板前面和尾部产生二次流,能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用。     

管束异型排列制冷蒸发器沸腾传热性能数值模拟

制冷蒸发器是制冷系统中的重要设备,其沸腾传热性能对整个系统的能源利用效率有着显著影响。文中以管束异型排列的制冷蒸发器为研究对象,通过FLUENT软件模拟计算,分析探讨了管束排列方式对蒸发器壳程流场及沸腾传热性能的影响。计算结果表明,在相同的流体进料量下,异型管束排列蒸发器的压力变化趋势与正方形排列的相似。在综合性能上,具有合理气流通道的异型管束排列蒸发器明显优于管束正三角形排列和正方形排列的蒸发器。     

管间高粘度流体的有效传热温差缓变特性

通过数值模拟,研究了85%甘油在旋流片支撑光滑管管束间纵向流动的传热与流阻特性,并与无支撑光滑管束的纵向流动进行了对比,揭示了高粘度流体置换类强化传热方法的有效传热温差缓变特性机理。研究结果表明,层流时,小扭率与大角度旋流片支撑的光滑管管束的传热综合性能更佳,旋流片支撑光滑管管束在有旋流片段可以通过提高有效传热系数与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低了流体的输送功耗。     

釜式再沸器壳侧循环流动与管束传热的分格模型

通过对管束壳侧循环流动沸腾传热的分析，提出了管束沸腾传热的薄层蒸发传热增强贡献的计算公式，建立了釜式再沸器壳侧循环流动与管束传热的分格模型，利用此模型，对管束传热系数及循环流速进行了模拟计算。验证结果表明，由本模型计算所得管束沸腾传热系数与实验结果吻合较好。     

油冷器强化传热研究

<正>1 引言 广泛用于机械设备的润滑油冷却器,由于油的粘度大,操作流速低,若使用光滑管设计制造,其传热性能差,一般总传热系数为350W/（m~2·℃）左右。近年来,螺纹翅片管已在工业油冷器中应用,因其肋化系数可达2.5～3,能有效地扩展传热面,故对油冷器的紧凑化起到重要作用。但是,由于螺纹翅片间距小,翅间湍流度低,按实际翅片面积计算的总传热系数常仅180～200W/（m~2·℃）,当取肋化系数2.7,以光坯管面积计算油冷器总传热系数可达520W/（m~2·℃）,比光滑管油冷器节省光坯管面积约33%,但因加工螺纹翅片需增大管壁厚度,加工后单位管长比光滑管增重约30%,故一般只比光滑管油冷器节省管材百分之几。因此,仅凭加大翅片肋化系数,用扩展传热面强化传热,其节材效果不够明显,提高翅片利用效率,关键在于提高翅间流体湍流度,强化翅面上流体传热。花瓣状翅片管在周向翅片上开     

流体在粗糙管管内及管隙间湍流流动阻力与传热的数据关联

本文分析了流体在规整型粗糙强化管束的管内和管隙间的流动和传热特性,讨论了湍流流体在规整型粗糙壁面上和在光滑壁面上动量与热量传递的差别,推导出光滑管和粗糙管管内及管隙间湍流流动的流体摩擦阻力系数和传热准数方程的关联式,并能较好地关联螺旋槽管、螺旋低翅片管和缩放管管内与管隙间的流体阻力和传热的实验数据.     

壳程流体纵向冲刷型高效气-气管壳式换热器的传热与流阻性能的研究

本文以缩放管和螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了在换热器壳程中以气体纵向冲刷为结构特征的气-气管壳式换热器的传热与流阻性能,并与弓形隔板管壳式气-气换热器在相同传热温差与传热负荷,相同气体流量与气体压降的条件下做了传热性能的比较,结果表明,缩放管气-气管壳式换热器的总传热系数要比弓形隔板管壳式气-气换热器高64.8%,可节省40%的传热面积.     

椭圆管束对流换热性能的数值模拟研究

运用计算流体力学(CFD)FLUENT软件,对水横掠叉排椭圆管束时管外流动和换热性能进行了二维数值模拟。结果表明,增加纵向或横向管间距,管束尾部的漩涡数量和大小都会有所增加,换热性能降低;纵向或横向管间距的减小,都会对尾部漩涡产生抑制作用,使换热性能提高。来流速度的增加会使管束换热效果增强。综合考虑管束换热性能以及阻力因素,纵向管间距与管束特征尺度的比值为3.0~3.5、横向管间距与管束特征尺度的比值为1.75,来流速度为4m/s时,可以实现低压损的情况下换热效果的显著提升。     

水平管束冷凝换热设计计算问题讨论

针对大型水平管束冷凝换热设计计算,对水平管束膜状冷凝换热系数典型公式进行了对比分析;结合管束结构及冷凝液膜流动行为,阐明了相关公式的适用条件、计算结果差异及原因。然后通过工程实例计算对比和壳程蒸汽流动模拟进一步表明,现有相关公式因未能充分考虑冷凝加热器中蒸汽流动的多方向性及其对冷凝液膜的扰动,其换热系数计算值明显低于实际;并针对大型水平管束冷凝换热工程计算模型的完善,对进一步的研究工作提出了建议。     

扭曲椭圆管强化传热研究进展及应用

扭曲椭圆管因结构简单、强化传热及阻垢性能优异,近年来成为被动强化传热领域研究热点之一。虽已有文献对扭曲椭圆管换热器技术进行了综述,但对扭曲椭圆管强化传热特性的归纳和工程应用研究脉络的梳理存在不足,本工作着眼于扭曲椭圆管内外传热及流阻性能研究、扭曲椭圆管换热器研发和工程应用两方面内容,概括了扭曲椭圆管(束)结构、工质、流动状态对传热性能及流阻特性的影响规律;回顾了扭曲椭圆管换热器工程应用案例,总结了有关扭曲椭圆管研究尚待完善之处,并对扭曲椭圆管强化传热研究的发展趋势进行展望,为深化扭曲椭圆管理论研究和工程实践提供指导和参考。